JP3461240B2 - インクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
録方式に用いる記録液小滴を発生するためのインクジェ
ット記録ヘッドの製造方法に関する。
方式)に適用されるインクジェット記録ヘッドは、一般
に、微細な記録液吐出口(以下、“オリフィス”と称す
る)、液流路及びこの液流路の一部に設けられる複数の
液体吐出エネルギー発生部ならびに外部よりインクを供
給するためのインク供給口を備えている。また、カラー
プリンタに搭載するインクジェット記録ヘッドは、各色
の対応するインクジェット記録ヘッドを必要色数搭載し
て、1色1ヘッド形式で対応していた。
置の小型化が困難、インクジェット記録ヘッドのコスト
高、さらには記録装置のコストが高いという問題点の対
策として、1ヘッド内に数色の吐出が可能なインクジェ
ット記録ヘッドが発表されている。この種のヘッドの構
成としては、1ヘッド(1基板)内に各色独立したイン
ク吐出口、インク流路、インク供給口を設け、隣接する
異色の混色を防止するため、基板内で各色間を封止する
等により対応している。
は外部インク供給系との接続、基板の保持等から何らか
の支持板と接着して構成される。その際、平板の基板と
支持板とを接着剤で接着する場合、インク供給口に接着
剤が流れ込みインク供給不良を起こさないよう、接着剤
の塗布方法、接着剤の粘度等を厳密に管理する必要があ
った。また、支持板と基板とを正確に位置合わせして接
着しないとインク供給が阻害される原因となる。
場合は比較的容易に可能であったが、1基板内に多色の
構成をするような場合や、ヘッドの小型化による精密、
微細化に対してはその管理の困難が予想される。
な局面にかんがみてなされものであり、特別な工程を追
加することなく、目的とするインク供給口内への接着剤
流れ込みを防止すると共に、多数色を1基板に形成する
際の隣接する異色の混色を確実に防止し、さらに、基板
と支持板との位置合わせが容易な方法を提供することを
目的としている。
クジェット記録ヘッド製造方法は、インクを吐出するた
めのインク吐出エネルギーを発生させるインク吐出発生
素子がそれぞれ配されたSi基板と、該Si基板の上方
に設けられた、インクを吐出する複数の吐出口と、該複
数の吐出口にそれぞれ連通する複数のインク流路と、該
複数のインク流路のそれぞれにインクを供給するための
複数のインク供給口と、該複数のインク供給口にそれぞ
れ対応する複数のインク供給用穴が設けられ、前記Si
基板を支持する支持部材と、を有し、複数の異なる色の
インクのそれぞれを吐出することができるインクジェッ
ト記録ヘッドの製造方法において、異方性エッチングに
より、前記Si基板に前記複数の異なる色のインクのそ
れぞれに対応する前記複数のインク供給口と該複数のイ
ンク供給口それぞれの外周を囲む複数の凹部とを一括し
て形成する工程と、前記複数の凹部に対応して前記複数
のインク供給用穴の外周をそれぞれ囲む複数の凸部が形
成された前記支持部材の、前記複数の凸部の外周に接着
剤を塗布する工程と、前記接着剤が塗布された支持部材
に、前記各凹部と前記各凸部が嵌合するように前記Si
基板を接合する工程と、を有することにより前記目的を
達成しようとするものである。また、インクを吐出する
ためのインク吐出エネルギーを発生させるインク吐出発
生素子が配されたSi基板と、該Si基板の上方に設け
られた、インクを吐出する吐出口と、該吐出口に連通す
るインク流路と、該インク流路にインクを供給するため
のインク供給口と、該インク供給口に対応するインク供
給用穴が設けられ、前記Si基板を支持する支持部材
と、を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法にお
いて、異方性エッチングにより、前記Si基板に前記イ
ンク供給口と該インク供給口の外周を囲む凹部とを一括
して形成する工程と 、 前記凹部に対応して前記インク供
給用穴の外周を囲む凸部が形成された前記支持部材の、
前記凸部の外周に接着剤を塗布する工程と、前記接着剤
が塗布された支持部材に、前記凹部と前記凸部が嵌合す
るように前記Si基板を接合する工程と、を有すること
により前記目的を達成しようとするものである。
インク供給部に流れ込むことを防止すると共に、隣接す
る異色インクとの混色を防止することができる。
容易にすることができる。
施例に基づいて詳細に説明する。
をさらに具体的に説明する。
を示すようなインクジェット記録ヘッドは、シリコン基
板1上にインク吐出発生素子5(ヒータ、熱変換素子、
振動素子)があり、このインク吐出発生素子に合わせ
て、インク流路、インク吐出口4が所望の本数形成さ
れ、さらに各インク流路にインクを供給するための共通
液室、インク供給口2が形成されている。なお、15は
オリフィスプレート16はインク流路壁、17は電極パ
ッド、18はビームリード、19はタブテープを示す。
各部分は、重要ではなく、従来公知の製法で形成可能で
あることから、詳細説明は省略する。
図、図3は、図2A−A線断面模式図、図4は、支持板
上面模式図、図5は、図4のB−B線断面図、図6は、
図3と図5との接着断面図、図7は、熱酸化膜が形成さ
れた基板断面図、図8は、インクジェット記録ヘッドの
機能の模式断面図、図9は、フォトレジストの露光部断
面図、図10は熱酸化膜パターン形成の模式的断面図、
図11は異方性エッチング途中の模式的断面図及び、図
12は、異方性エッチング完了の模式的断面図をそれぞ
れ示す。
の〈100〉面に結晶方位を持つシリコンウエハーを用
い結晶方向を利用した異方性エッチング技術を用いるこ
とに特徴があり、本実施例は、以上の点を詳細説明す
る。
路、インク吐出口4が形成されたシリコン基板1を裏面
から見た構成図で、図3は、そのA−A断面を示す模式
的断面図である。本実施例は、異なる3色のインクジェ
ット記録ヘッドを同一基板内に形成したものである。以
上は一実施例であり、本発明の方法では、同一基板1内
に1色、あるいは複数色のヘッドであってももちろん差
し支えない。
ンウエハー基板1を用い、裏面には、図7に断面図を示
すようにあらかじめ熱酸化膜10(SiO2 )を成膜し
て置く。ここで、一般にインク吐出発生素子5を形成す
る際に、シリコン基板1との絶縁層としてシリコン基板
1上には、第1の工程として、前記熱酸化膜10等の絶
縁層を形成する。本実施例では、前記工程を利用し、熱
酸化膜10を形成する手段によれば、シリコン基板1の
両面同時に酸化膜10が形成できる。本実施例の場合、
裏面の酸化膜10を後述する異方性エッチングの耐エッ
チングマスクとして利用する。なお、工程の省略を配慮
しなければ、裏面の耐エッチングマスクとしては別途形
成してももちろん差し支えない。
000Å〜8,000Åの厚さで形成した。酸化膜の厚
さは、膜の欠陥密度、膜応力の観点から本実施例で得ら
れた知見であり、シリコン基板1の大きさ、厚さにより
適宜調整することが望ましい。
グラフィー技術を用いて、図9に示すフォトマスク12
にインク供給口2、接着剤流れ防止及び支持板6との簡
易位置合わせを目的としたパターンに設計したフォトマ
スク12を用いて、熱酸化膜10をパターン形成する。
ジスト11(商品名OFPR−800、東京応化工業
(株)製)をスピンコートにより、1.5μm程度の膜
厚で塗布し、乾燥(プレベーク)する。
配設されたフォトマスク12を用い、前記フォトレジス
トを露光する。このとき、本実施例では、図3に示すよ
うに、シリコン基板1表面側に形成されたインク吐出発
生素子5等の機能素子が配設されたパターンと、シリコ
ン基板1の裏面より加工するインク供給口2及び溝3の
パターンが正確に位置合わせされていることが必要であ
ることから、露光装置としては、シリコン基板1表面側
の位置合わせマーク等を認識して裏面のパターンが位置
合わせ可能な装置として、一般的な両面マスク露光装
置、あるいは裏面マスク露光装置と称する装置を用い
た。
ターン設計方法を説明すると、〈100〉面のシリコン
ウエハー1を異方性エッチングした場合の、エッチング
深さと、エッチング開始面の開口幅13との関係は、次
に示す式により代表されることは周知である。
の理論式より設計が可能である。
μm程度に想定した設計を行ったので、マスク設計とし
ては、開口幅が200μmとなるフォトマスク設計を行
なえば達成できる。ただし、実際の異方性エッチングで
は、深さ方向のエッチング進行と同時に横方向へのエッ
チング(一般的に称される“サイドエッチング”)も起
こる。従って、より正確な寸法の制御を行う場合には、
あらかじめ実験によりサイドエッチング量を把握し、サ
イドエッチング量分の寸法をマスク設計時に補正するこ
とにより、正確な寸法制御が可能である。
イオンエッチング)装置を用いエッチングする。エッチ
ング方法においても前記RIE装置以外にも熱酸化膜1
0をエッチングする手段は種々あり、本実施例の場合、
いずれの手段を用いてもよい。
ォトレジスト11を除去する。また、本実施例に用いた
ようなポジ型のフォトレジスト11の場合、化学薬品を
使用したフォトレジスト剥離のほとんどは、アルカリ系
の薬品を用いている。
あるが、その異方性エッチング液はアルカリ系のエッチ
ング液を用いるため、前記のフォトレジストの剥離は、
事前に剥離せず、異方性エッチング時と同時にフォトレ
ジストが剥離可能である。従って、フォトレジスト除去
の工程を省略することが可能である。
ターンに形成が完了し、その熱酸化膜10のパターンが
異方性エッチングによるエッチング液に対する耐エッチ
ングマスクとして機能する。本実施例の異方性エッチン
グは、エッチング液にTMAH(水酸化テトラメチルア
ンモニウム)22wt%溶液を用い、これを80℃に加
熱した浴槽に前記熱酸化膜10をパターン形成したシリ
コン基板1を浸漬してエッチングする。
びエッチング温度は、シリコン基板1のエッチング速
度、エッチング面の平滑性の関係で採用した条件である
ため、これのみに限定されるものではなく、目的によっ
て、本実施例の条件以外であっても差支えない。また、
エッチング液に関してもKOH(水酸化カリウム)、N
aOH(水酸化ナトリウム)等のエッチング液が使用可
能である。ただし、これらのエッチング液の場合、熱酸
化膜10は耐エッチングマスクとして用いるには不適当
で、SiN(窒化シリコン)等の膜に変更するが望まし
い。
表面側に形成されたインク吐出発生機能素子をエッチン
グ液より保護するために、シリコン基板1表面側にはエ
ッチング液で晒されないような工夫をした治具等を用い
ることにより、シリコン基板1表面側に形成された機能
部は確実に保護することができ、信頼性が向上するた
め、前記のような治具の使用が効果的である。
明する。本実施例の支持板6は、アルミニウムを用い機
械加工でシリコン基板1に形成したインク吐出口4、溝
3に相対するインク供給用の穴8及びその外周に凸部7
を形成する。
に接着剤9を塗布した後、前述の異方性エッチングが完
了した基板1を張り合わせて接着する。
うに、凸部7の頂上にさらにV型溝7’を形成し、その
V溝7’にも接着剤を塗布することにより、シリコン基
板1と嵌合させた部分の接着も完全になり、接着性の向
上、封止効果が向上する。
てアルミニウムを用いたが、特にこの材料のみに限定さ
れものではない。
基板1と支持板6の位置合わせを精度良く、容易に位置
合わせすることのみを目的とした場合にも、本発明は有
効な手段である。
法、工程により任意の溝3、あるいは凹部形状を異方性
エッチングで形成する。別途、支持板6は、基板1裏面
に形成された溝3、凹部に相対する位置に嵌合するよう
な凸部7形状を形成しておくことにより、基板1を支持
板6に嵌め込む操作で位置合わせが可能である。
法によれば以下に示す効果が得られる。すなわち、 1)支持板と基板を接着する際、支持板と基板に形成さ
れたインク供給口へ接着剤の流入を防止でき、また、接
着する際の支持板と基板との位置合わせが容易である。
録ヘッドを搭載するような隣接する供給口の混色が確実
に防止できる。
ても、インク供給口からのインク漏れ防止、支持板との
位置合わせの容易性の観点から、本発明による方法は有
効であることはもちろんである。
安価で、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供
できる。
式的斜視図
図
Claims (6)
- 【請求項1】 インクを吐出するためのインク吐出エネ
ルギーを発生させるインク吐出発生素子がそれぞれ配さ
れたSi基板と、該Si基板の上方に設けられた、イン
クを吐出する複数の吐出口と、該複数の吐出口にそれぞ
れ連通する複数のインク流路と、該複数のインク流路の
それぞれにインクを供給するための複数のインク供給口
と、該複数のインク供給口にそれぞれ対応する複数のイ
ンク供給用穴が設けられ、前記Si基板を支持する支持
部材と、を有し、複数の異なる色のインクのそれぞれを
吐出することができるインクジェット記録ヘッドの製造
方法において、 異方性エッチングにより、前記Si基板に前記複数の異
なる色のインクのそれぞれに対応する前記複数のインク
供給口と該複数のインク供給口それぞれの外周を囲む複
数の凹部とを一括して形成する工程と、 前記複数の凹部に対応して前記複数のインク供給用穴の
外周をそれぞれ囲む複数の凸部が形成された前記支持部
材の、前記複数の凸部の外周に接着剤を塗布する工程
と、 前記接着剤が塗布された支持部材に、 前記各凹部と前記
各凸部が嵌合するように前記Si基板を接合する工程
と、を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法。 - 【請求項2】 インクを吐出するためのインク吐出エネ
ルギーを発生させるインク吐出発生素子が配されたSi
基板と、該Si基板の上方に設けられた、インクを吐出
する吐出口と、該吐出口に連通するインク流路と、該イ
ンク流路にインクを供給するためのインク供給口と、該
インク供給口に対応するインク供給用穴が設けられ、前
記Si基板を支持する支持部材と、を有するインクジェ
ット記録ヘッドの製造方法において、 異方性エッチングにより、前記Si基板に前記インク供
給口と該インク供給口の外周を囲む凹部とを一括して形
成する工程と、 前記凹部に対応して前記インク供給用穴の外周を囲む凸
部が形成された前記支持部材の、前記凸部の外周に接着
剤を塗布する工程と、 前記接着剤が塗布された支持部材に 、前記凹部と前記凸
部が嵌合するように前記Si基板を接合する工程と、を
有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製
造方法。 - 【請求項3】 前記Si基板が〈100〉面の結晶方位
を持つことを特徴とする請求項1または2に記載のイン
クジェット記録ヘッドの製造方法。 - 【請求項4】 前記支持部材の材料としてアルミニウム
を用いること特徴とする請求項1または2に記載のイン
クジェット記録ヘッドの製造方法。 - 【請求項5】 前記Si基板が前記複数の異なる色のイ
ンク毎に分けられていることを特徴とする請求項1また
は2に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。 - 【請求項6】 前記支持部材の前記凸部の先端に溝が形
成されていることを特徴とする請求項1または2に記載
のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
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